[發明專利]一種用于微帶陣列天線的三維超材料去耦結構

有效

• 申請號: 201710040645.1
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106848583B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 李迎松;于凱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01Q1/52
• 分類號: H01Q1/52;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q21/06
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本發明提供一種用于微帶陣列天線的三維超材料去耦結構，包括公共接地板、設置在公共接地板上方的介質基板、對稱設置在介質基板上表面的兩個矩形輻射貼片、兩個同軸饋電端口，在兩個矩形輻射貼片之間的介質基板內嵌入有五個成列布置的三維超材料去耦單元。本發明通過在微帶天線陣元間介質內嵌入五個三維超材料去耦單元來有效的降低微帶天線陣陣元間的相互耦合，從而提高天線陣的隔離度。

技術領域

本發明涉及一種用于微帶陣列天線的三維超材料去耦結構。

背景技術

由于陣列天線有著較高的增益和較強方向性，而且可以提高傳輸容量和傳輸質量。近年來，天線陣被廣泛應用于無線電通信領域。同時，隨著無線通信技術的發展，用戶對通信設備集成度的要求逐年提高，陣列天線的小型化研究也得到越來越多的關注。天線陣陣元間的隔離度會影響無線通信系統的性能，例如天線的輻射效率或者幅度和相位的錯誤。所以，對于天線陣的研究一直都受到陣元間互耦等瓶頸的制約，微帶天線陣元之間表面電流的產生在很大程度上增加了耦合的程度，嚴重惡化了陣列天線的特性。因此，如何在小型化移動終端設備中布局兩副或多副天線并實現各天線之間獨立工作，盡可能的降低天線陣元間的相互影響，成為天線陣研究的關鍵問題之一。由此可見，陣列陣元間去耦的研究對于當今以及未來通信行業的發展具有重大的意義。

微帶天線陣去耦合的方法很多，如C.H.Park和H.W.Sun于2016提出的“H”形傳導橋結構。通過在兩陣元間加載此傳導橋結構將耦合的電流能量傳導到接地板上，從而大幅降低兩天線間的耦合。S.Farahani等人于2010年提出一種在微帶陣列天線陣元間加載小型的電磁帶隙結構，通過此結構可以使微帶天線在諧振頻率上隔離度增加十幾dB，大大的提高了陣列天線的性能。S.Farsi等人于2012年,提出一種簡單的微帶“U”形結構，通過在陣列天線陣元之間加載此單元，可以吸收微帶天線間的耦合來實現天線間較高的隔離度。2016年，K.Wei等人設計了一種“S”形的缺陷地結構，通過在兩個天線陣元間的公共接地板上刻蝕三個“S”形的凹槽，可以使地板間的耦合電流被切斷，從而降低兩陣元間的耦合進而提高隔離度，仿真和實驗結果都證明兩天線間的隔離度被降低了約40dB。超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工電磁結構，通過關鍵物理尺度上的結構有序設計，便可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。它在一定頻段上可以顯示出介電常數和磁導率其中某一種為負或同時為負，電磁波在其中傳播時會呈現出一些諸如負折射等奇特現象。超材料的出現為提高陣列天線間的隔離度提供了一個新的方法，例如2016年R.Hafezifard等人提出了一種利用超材料降低陣列天線耦合的的方法，在兩天線間的介質板上輻刻6×2個橢圓形的開頭嵌套環單元，有效吸收兩陣元間的能量，使隔離度得到大幅提升。G.Zhai等人于2015年提出了一種使用傳統的蘑菇形超材料結構來降低耦合的方法，通過在四個天線間加載此結構，陣元間隔離度可以達到-40dB。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種用于微帶陣列天線的三維超材料去耦結構，天線陣為兩單元陣列，采用陣元間加載三維超材料結構的方法實現天線陣耦合降低，達到提高隔離度的目標。

本發明的目的是這樣實現的：包括公共接地板、設置在公共接地板上方的介質基板、對稱設置在介質基板上表面的兩個矩形輻射貼片、兩個同軸饋電端口，在兩個矩形輻射貼片之間的介質基板內嵌入有五個成列布置的三維超材料去耦單元。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.所述三維超材料去耦單元包括頂部貼片、兩個底部貼片以及用來連接頂部貼片和底部貼片的兩個短路探針，所述頂部貼片是倒山字形，所述底部貼片是由長豎直邊、中間水平邊和短豎直邊依次連接組成的類L型貼片，且兩個底部貼片相對設置，且頂部貼片的兩個短邊的端部通過短路探針與對應底部貼片的短豎直邊的端部連接。

2.頂部貼片、底部貼片和短路探針的材料均是銅。